一种用于铝合金铸造模具的防腐涂层及其制备工艺
阅读说明：本技术 一种用于铝合金铸造模具的防腐涂层及其制备工艺 (Anticorrosive coating for aluminum alloy casting mold and preparation process thereof ) 是由 叶亚平 许国华 于 2020-07-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于铝合金铸造模具的防腐涂层,所述防腐涂层为利用水热法工艺在铝合金铸造模具表面反应生成的一种致密的无机硅酸盐矿物涂层,本发明所述的用于铝合金铸造模具表面强化的无机硅酸盐防腐涂层耐熔融铝合金腐蚀、抗热震性能好、制备工艺简单、成本较低,适合型腔复杂的压铸模具。(The invention discloses an anticorrosive coating for an aluminum alloy casting mold, which is a compact inorganic silicate mineral coating generated by reaction on the surface of the aluminum alloy casting mold by utilizing a hydrothermal process.)
技术领域
本发明涉及模具铸造技术领域，更具体的说是涉及一种用于铝合金铸造模具的防腐涂层及其制备工艺。
背景技术
铝合金压铸是利用高压将熔融的铝合金高速压入一精密的金属模具型腔内，铝合金液体在压力的作用下凝固形成铸件的一种铸造法。压铸模具作为压铸生产的关键装备，它的性能及使用寿命直接影响铝合金铸件的质量和成本。但铝合金压铸模具的工作条件非常恶劣，容易与熔融铝合金直接接触引起腐蚀，或者模具工作过程中反复受到热态金属加热和冷却介质冷却的交替作用引起的热疲劳而产生裂纹，腐蚀和裂纹是压铸模具最常见的失效形式。虽然可以通过调整模具材料的合金成分来提高模具的性能和使用寿命，但目前其性能和使用寿命都有待进一步提高。
压铸模具最常见的失效形式大部分都是模具工作表面的失效形式，若对铝合金压铸模具进行适当的表面处理，可大幅提高模具的耐腐蚀和耐热疲劳性能，从而可以提高模具的质量、延长模具的使用寿命。目前，铝合金压铸模具基本上都需要经过氮化处理，氮化处理在一定程度上提高了模具工作表面的耐腐蚀性和耐热疲劳性能，但模具的使用寿命还有待进一步提高，进而进一步降低压铸的生产成本。
因此，如何提供一种以低成本提高铝合金铸造模具质量、延长其使用寿命的工艺是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于解决现有铝合金铸造模具的耐腐蚀性能不理想，以及在压铸过程中受到频繁的冷热循环导致模具表面易产生微裂纹的技术问题，为了实现上述目的，本发明提供了一种在铝合金铸造模具的工作表面制备无机硅酸盐防腐涂层及该防腐涂层的制备工艺，本发明采用如下技术方案：
一种用于铝合金铸造模具的防腐涂层，所述防腐涂层为利用水热法工艺在铝合金铸造模具表面反应生成的一种致密的无机硅酸盐矿物涂层。
优选的，在上述一种用于铝合金铸造模具的防腐涂层中，所述防腐涂层的厚度为1-10μm。
上述技术方案的有益效果是：该厚度的防腐涂层能有效防护铝液的腐蚀和冲刷，过薄的涂层不能足够保护模具受腐蚀；过厚的涂层容易在使用过程中受到热震的影响而剥离。
优选的，在上述一种用于铝合金铸造模具的防腐涂层中，所述无机硅酸盐矿物涂层为辉石族硅酸盐，比如霓石(NaFeSi2O6)、钙铁辉石(CaFeSi2O6)等。
上述技术方案的有益效果是：由模具材质铁元素在碱性的氧化条件下，与溶解的二氧化硅在模具表面反应生成辉石族硅酸盐薄膜，硅酸盐薄膜硬度为6级，密度为3.2-3.6g/cm3。
本发明还公开了一种用于铝合金铸造模具防腐涂层的制备工艺，包括以下步骤：
(1)将预处理铝合金铸造模具置于含有二氧化硅的碱性溶液中，预处理表面完全与反应液接触，于高温下反应一段时间；
(2)自然降温至室温，将铝合金铸造模具取出，用去离子水冲洗，自然晾干即可。
优选的，在上述一种用于铝合金铸造模具防腐涂层的制备工艺中，步骤(1)中所述碱性溶液的浓度为0.1-10M，并且所述碱液为氢氧化钠或氢氧化钙溶液。
上述技术方案的有益效果是：碱性溶液浓度低，反应较慢，但所生成的硅酸盐涂层表面光滑；碱性溶液浓度高，反应较快，硅酸盐晶体颗粒度大，表面较粗糙，在实际应用过程中可以根据实际情况对碱液浓度在上述范围内进行调节。
优选的，在上述一种用于铝合金铸造模具防腐涂层的制备工艺中，步骤(1)中所述二氧化硅与碱性溶液中的水的质量比为0.1-2，
上述技术方案的有益效果是：可以使反应所需的二氧化硅在该技术方案条件下有效溶解，有助于反应顺利进行。
优选的，在上述一种用于铝合金铸造模具防腐涂层的制备工艺中，步骤(1)中反应温度为80-280℃，反应时间为12-96h。
上述技术方案的有益效果是：在此反应温度区间内，模具材料不会产生高温变形，且材料中的铁元素能够在碱性溶液中氧化并迁移到模具表面，与溶解的二氧化硅反应生成的辉石族硅酸盐沉积在模具表面，形成保护涂层。温度越低，反应时间越长，温度升高，反应时间较短。温度低于80℃，二氧化硅几乎不溶解，反应无法进行；若温度高于280℃，表面光洁度无法保证，且压力过大，对设备的要求过高，生产的成本加大。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种用于铝合金铸造模具防腐涂层的制备工艺，具有以下优点：
(1)本发明针对铝合金铸造工艺中金属型铸造模具受熔融铝合金液体腐蚀而导致产品拉毛的现象，利用水热法工艺在金属型铸造模具表面反应生成一种致密的无机硅酸盐矿物涂层，使之有效防护铸造模具表面受铝合金液体的腐蚀。
(2)本发明所述的用于铝合金铸造模具表面强化的无机硅酸盐防腐涂层耐熔融铝合金腐蚀、抗热震性能好、制备工艺简单、成本较低，压铸模具一般型腔都比较复杂，其它表面处理工艺，如化学气相沉积、物理气相沉积、热喷涂等都具有沉积方向性，对复杂的表面很难保证均匀一致性，该工艺在水的介质中进行，更适合型腔比较复杂的压铸模具。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种用于铝合金铸造模具的防腐涂层，具有很好的耐腐蚀性能及抗热疲劳性能，有效地提高了模具的使用寿命。
实施例1
将预处理的钢铁工件置于含有二氧化硅的NaOH溶液中，NaOH的浓度为2M，二氧化硅与水的质量比为1，在220℃下密闭的容器中反应96小时，自然降温至室温后，将工件取出，用去离子水冲洗，自然晾干，得到防腐涂层平均厚度为8.9μm的工件。
实施例2
将预处理的钢铁工件置于含有二氧化硅的NaOH溶液中，NaOH的浓度为2M，二氧化硅与水的质量比为1，在200℃下密闭的容器中反应48小时，自然降温至室温后，将工件取出，用去离子水冲洗，自然晾干，得到防腐涂层平均厚度为5.6μm的工件。
实施例3
将预处理的钢铁工件置于含有二氧化硅的NaOH溶液中，NaOH的浓度为1M，二氧化硅与水的质量比为1，在200℃下密闭的容器中反应48小时，自然降温至室温后，将工件取出，用去离子水冲洗，自然晾干，得到防腐涂层平均厚度为4.8μm的工件。
实施例4
将预处理的钢铁工件置于含有二氧化硅的Ca(OH)2溶液中，Ca(OH)2的浓度为1M，二氧化硅与水的质量比为1.5，在220℃下密闭的容器中反应96小时，自然降温至室温后，将工件取出，用去离子水冲洗，自然晾干，得到防腐涂层平均厚度为6.8μm的工件。
实施例5
将预处理的钢铁工件置于含有二氧化硅的Ca(OH)2溶液中，Ca(OH)2的浓度为1M，二氧化硅与水的质量比为1.5，在180℃下密闭的容器中反应48小时，自然降温至室温后，将工件取出，用去离子水冲洗，自然晾干，得到防腐涂层平均厚度为1.9μm的工件。
表1：实施例1-5对涂层形成及防腐性能的影响
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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